量子計算與量子信息(10周年版)
(美)邁克爾 A.尼爾森,(美)艾薩克 L.莊 著 孫曉明 等 譯
出 版 社:電子工業出版社
頁 數:620
出版日期:2022年02月01日
裝 幀:平裝
ISBN:9787121426872
編輯推薦
" 本書是量子計算與量子資訊領域的經典著作。本書是量子資訊領域及物理領域被引用次數優選的圖書之一。全球許多高校都使用此書作為量子運算課程的教材。
內容介紹
本書介紹了量子計算和量子資訊領域的主要思想和技術。該領域的快速發展及其跨學科的性質使得新來者很難全面地了解該領域最重要的技術和結果。本書共分為3個部分。第1部分概述了量子計算和量子資訊領域的主要思想和結果，並介紹了電腦科學、數學和物理學的背景材料，這些材料是深入理解量子計算和量子資訊所必需的。第2部分詳細描述了量子計算。第3部分是關於量子資訊的：什麼是量子訊息，如何使用量子態表示和交流訊息，以及如何描述和處理量子資訊和經典訊息的破壞。本書適合對量子計算和量子資訊有興趣的學習者閱讀。
目錄
第1部分 基礎概念
第1章 簡介與概述
1.1 全貌
1.1.1 量子計算與量子資訊的歷史
1.1.2 未來發展方向
1.2 量子比特
1.3 量子計算
1.3.1 單量子比特閘
1.3.2 多量子比特閘
1.3.3 除計算基外的測量
1.3.4 量子電路
1.3.5 量子位元複製電路？
1.3.6 例：貝爾態
1.3.7 例：量子隱形傳態
1.4 量子算法
1.4.1 量子計算機的經典計算
1.4.2 量子並行性
1.4.3 Deutsch 演算法
1.4.4 DeutschCJozsa 演算法
1.4.5 量子算法總結
1.5 實驗量子資訊處理
1.5.1 Stern-Gerlach 實驗
1.5.2 實用量子資訊處理的前景
1.6 量子訊息
1.6.1 量子資訊理論：一些問題
1.6.2 廣泛背景下的量子訊息
第2章 量子力學基礎
2.1 線性代數
2.1.1 基和線性無關性
2.1.2 線性算子與矩陣
2.1.3 泡利矩陣
2.1.4 內積
2.1.5 特徵向量和特徵值
2.1.6 伴隨和厄米算子
2.1.7 張量積
2.1.8 算子函數
2.1.9 對易式和反對易式
2.1.10 極式分解和奇異值分解
2.2 量子力學的假設
2.2.1 狀態空間
2.2.2 演化
2.2.3 量子測量
2.2.4 區分量子狀態
2.2.5 投影測量
2.2.6 POVM 測量
2.2.7 相位
2.2.8 複合系統
2.2.9 量子力學：總覽
2.3 應用：超密編碼
2.4 密度算子
2.4.1 量子狀態的係綜
2.4.2 密度算子的一般性質
2.4.3 約化密度算子
2.5 施密特分解與純化
2.6 EPR 和貝爾不等式
第3章 計算機科學簡介
3.1 計算模型
3.1.1 圖靈機
3.1.2 電路
3.2 計算問題的分析
3.2.1 如何量化計算資源
3.2.2 計算複雜性
3.2.3 判定性問題與複雜性類 P 與 NP
3.2.4 多的複雜性類
3.2.5 能量與計算
3.3 關於計算科學的觀點
第2部分 量子計算
第4章 量子電路
4.1 量子演算法
4.2 單量子位元運算
4.3 受控運算
4.4 測量
4.5 通用量子閘
4.5.1 兩級酉門是通用的
4.5.2 單量子位元和受控非閘是通用的
4.5.3 通用運算的一個離散集合
4.5.4 逼近任意酉門一般是難的
4.5.5 量子計算複雜度
4.6 量子電路模型計算總結
4.7 量子系統的模擬
4.7.1 行為模擬
4.7.2 量子模擬演算法
4.7.3 說明性範例
4.7.4 量子模擬展望
第5章 量子傅立葉變換及其應用
5.1 量子傅立葉變換
5.2 相位估計
5.3 應用：求階與因子分解問題
5.3.1 應用：求階
5.3.2 應用：因子分解
5.4 量子傅立葉變換的一般應用
5.4.1 週期查找
5.4.2 離散對數問題
5.4.3 隱含子群問題
5.4.4 其他的量子演算法？
第6章 量子搜尋演算法
6.1 量子搜尋演算法
6.1.1 Oracle
6.1.2 過程
6.1.3 幾何視覺化
6.1.4 性能
6.2 作為量子模擬的量子搜索
6.3 量子計數
6.4 NP 問題解的加速
6.5 無結構資料庫的量子搜索
6.6 搜尋演算法的 性
6.7 黑盒演算法的極限
第7章 量子電腦：物理實現
7.1 指導性原則
7.2 量子計算的條件
7.2.1 量子資訊的表示
7.2.2 執行酉變換
7.2.3 製備基準初態
7.2.4 測量輸出結果
7.3 諧振子量子計算機
7.3.1 物理裝置
7.3.2 哈密頓量
7.3.3 量子計算
7.3.4 缺陷
7.4 光學光量子計算機
7.4.1 物理裝置
7.4.2 量子計算
7.4.3 缺陷
7.5 光學腔量子電動力學
7.5.1 物理裝置
7.5.2 哈密頓量
7.5.3 單光子單原子吸收與折射
7.5.4 量子計算
7.6 離子阱
7.6.1 物理裝置
7.6.2 哈密頓量
7.6.3 量子計算
7.6.4 實驗
7.7 核磁共振
7.7.1 物理裝置
7.7.2 哈密頓量
7.7.3 量子計算
7.7.4 實驗
7.8 其他實現方案
第3部分 量子資訊
第8章 量子雜訊與量子操作
8.1 經典噪音與馬可夫過程
8.2 量子操作
8.2.1 概述
8.2.2 環境與量子操作
8.2.3 算子和表示
8.2.4 量子操作的公理化方法
8.3 量子雜訊與量子操作的例子
8.3.1 跡與偏跡
8.3.2 單量子位元操作的幾何影像
8.3.3 位元翻轉與相位翻轉頻道
8.3.4 退極化頻道
8.3.5 振幅阻尼
8.3.6 相位阻尼
8.4 量子操作的應用
8.4.1 主方程
8.4.2 量子過程層析
8.5 量子操作形式體系的限制
第9章 量子資訊的距離度量
9.1 經典資訊的距離度量
9.2 兩個量子態有多接近
9.2.1 跡距離
9.2.2 保真度
9.2.3 距離度量之間的關係
9.3 量子頻道保護資訊的效果如何？
第10章 量子糾錯
10.1 背景介紹
10.1.1 三量子位元的位元翻轉編碼
10.1.2 三量子位元的相位翻轉編碼
10.2 Shor 編碼
10.3 量子糾錯理論
10.3.1 錯誤的離散化
10.3.2 獨立錯誤模型
10.3.3 簡併編碼
10.3.4 量子漢明界
10.4 構造量子編碼
10.4.1 經典線性編碼
10.4.2 CalderbankCShorCSteane 編碼
10.5 穩定子編碼
10.5.1 穩定子形式
10.5.2 酉邏輯閘和穩定子形式
10.5.3 穩定子形式中的測量
10.5.4 GottesmanCKnill 定理
10.5.5 穩定子編碼的構造
10.5.6 例子
10.5.7 穩定子編碼的標準形式
10.5.8 編碼、解碼與糾錯的量子電路
10.6 容錯量子計算
10.6.1 容錯：全局視角
10.6.2 容錯量子邏輯
10.6.3 容錯測量
10.6.4 自恢復量子計算的元素
第11章 熵與資訊
11.1 香農熵
11.2 熵的基本性質
11.2.1 二元熵
11.2.2 相對熵
11.2.3 條件熵與互資訊
11.2.4 資料處理不等式
11.3 馮諾伊曼熵
11.3.1 量子相對熵
11.3.2 熵的基本性質
11.3.3 測量和熵
11.3.4 次可加性
11.3.5 熵的凹性
11.3.6 量子態混合的熵
11.4 強次可加性
11.4.1 強次可加性的證明
11.4.2 強次可加性：基本應用
第12章 量子資訊理論
12.1 量子態的區分與可達訊息
12.1.1 霍列沃界
12.1.2 霍列沃界的應用實例
12.2 資料壓縮
12.2.1 香農無噪音頻道編碼定理
12.2.2 Schumacher 量子無雜訊通道編碼定理
12.3 噪音頻道上的經典訊息
12.3.1 經典噪音頻道中的通信
12.3.2 噪聲量子通道中的通信
12.4 有雜訊量子頻道的量子訊息
12.4.1 熵交換與量子費諾不等式
12.4.2 量子資料處理不等式
12.4.3 量子辛格頓界限
12.4.4 量子糾錯碼、冷凍與麥克斯韋妖
12.5 作為一種物理資源的糾纏
12.5.1 兩體純態糾纏變換
12.5.2 糾纏蒸餾與稀釋
12.5.3 糾纏蒸餾與量子糾錯
12.6 量子密碼學
12.6.1 私鑰密碼學
12.6.2 隱私放大和資訊協調
12.6.3 量子金鑰分發
12.6.4 隱私和相干信息
12.6.5 量子金鑰分發的安全性
附錄A 機率論基礎
附錄B 群論
附錄C Solovay-Kitaev 定理
附錄D 數論
附錄E 公鑰密碼與 RSA 密碼系統
附錄F Lieb 定理的證明
參考文獻
